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中国石油大学（北京）煤层气研究中心 * China University of Petroleum, Beijing 煤层气储层特征 张遂安 教授 第二章 《煤层气开发与开采》 （第1、2、3节） 上节课回顾： 1. 煤层气：是指赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的可燃烃类气体，主要气体组分为甲烷，它是地史时期煤中有机质热演化产物。 2. 煤层气资源：是指以地下煤层为储集层且具有经济意义的煤层气富集体，其数量表述分为资源量和储量。 3. 由于投资目的和开发条件不同，煤层气资源开发方式分为井下抽采和地面开发两类。 4. 美国的煤层气资源开发起源于煤矿瓦斯治理，产业形成的背景是石油危机和洞穴完井、煤层压裂技术的突破。 5. 中国的煤层气资源开发已进入商业化发展阶段。 《煤层气开发与开采》 2.1 煤的化学组成、岩石学特征 2.2 煤层特征描述及煤体结构分类 2.3 煤储层的孔隙与天然裂隙 2.4 煤储层的渗透性 2.5 煤储层的孔隙压力与原地应力 2.6 煤储层的吸附性、含气性 2.7 吸附饱和度与临界解吸压力 2.8 煤的岩石力学性质 煤层气储层特征 第二章 煤：是一种组成、结构非常复杂且不均一的，包括有机和无机化合物的混合物。由于成煤的原始物料和生物化学作用的不同和地质化学因素的差异，使煤称为含有几十种煤岩显微组分的复杂混合物。 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 一、成煤物质与聚煤作用 由于成煤物质和聚煤条件的不同，煤分为： ? 腐植煤 ? 残植煤 ? 腐泥煤 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 煤层：是自然界中由植物遗体转变而来沉积成层的可燃矿产，由有机质和混入的矿物质所组成。 一、成煤物质与聚煤作用 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 煤储层：鉴于煤层是煤层气的载体，煤层气界将煤层称之为“煤储层”(即煤层气储层)，以示与煤层、常规油气储层的概念区别。 一、成煤物质与聚煤作用 独特的赋存状态：以吸附态为主 非常规储层：典型的自生自储、多重孔渗的有机储层 特有的产出机理：排水—降压—解吸－采气 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 一、成煤物质与聚煤作用 成煤物质：由于聚煤条件的不同，沉积了不同的成煤物质，主要包括高等植物、高等植物的稳定组分和浮游生物等。 由高等植物形成的煤为腐植煤，在沼泽环境中形成。 由高等植物的稳定组分（角质、树皮、孢子、树脂等）富集而形成的为残植煤，在沼泽环境中形成。 由沼泽、泻湖中的藻类等浮游生物在还原环境下经过腐解形成的煤称为腐泥煤。 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 一、成煤物质与聚煤作用 聚煤作用：聚煤作用是古气候、古植物、古地理和古构造诸因素综合作用的过程。 物质基础：植物遗体； 气候条件：温暖潮湿； 古地理条件：常年积水洼地； 古构造条件：缓慢下沉。 聚煤环境 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 一、成煤物质与聚煤作用 河流相 冲积相 沼泽相 聚煤环境 —— 沉积相分布 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 一、成煤物质与聚煤作用 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 一、成煤物质与聚煤作用 成煤作用：是原始成煤物质最终转化成煤的全部作用，它分为泥炭化作用、煤化作用两个阶段。 §2.1 煤的化学组成、岩石学特征 一、成煤物质与聚煤作用 从成煤原始物质的堆积，经生物化学作用直到泥炭的形成，称为泥炭化作用阶段； 当泥炭形成后，由于沉积盆地的沉降，泥炭被埋藏于深处，在温度、压力增高等物理、化学作用下，形成褐煤、烟煤、无烟煤、变无烟煤，称为煤化作用阶段。 对于腐泥来说，则经历了硬腐泥、腐泥褐煤、腐泥亚烟煤、腐泥烟煤到腐泥无烟煤的媒化作用。 成煤作用： 第二次煤化作用阶跃： 热裂解气生成 湿润热、内在水分、环缩合度等极小 孔隙率、总孔容、微孔孔容、孔比表面 积等继续增大 生气作用和吸附性进一步增强 含气量增高主要依赖于有限新生孔容空间 第三次和第四次煤化作用阶跃： 甲基大量脱落 大分子结构有序化程度明显增强 孔隙率、孔容、孔比表面积、基本结 构单元等达到极大 孔隙空间明显增大 吸附性极度增强 第四次煤化作用阶跃之后： 生气作用基本停止，气源消失 镜质组孔隙率、总孔容、微孔孔容、 孔比表面积等显著变少 内在水分从增大变为减小 吸附热开始急剧降低 吸附能力趣于消失 第一次煤化作用阶跃： 水分显著减少